文丨无名灏
编辑丨无名灏
我们使用分根系统来评估白杨无性系“Marte”的盐度响应，以模拟田间的异质土壤条件并评估无性系“Marte”的耐盐性。
在26天的实验中，我们测量了系统两侧不加盐（0/0mM-S1）浇水的分根植物形态生理参数，以及基质和植物器官中的矿物质含量，还有一侧盐(0/100mM–S2)和两侧盐(100/100mM–S3)。
每个盐处理之间和内部的芽伸长、茎直径增加和新叶数量没有显着差异，叶片相对叶绿素含量和叶绿素a荧光没有显示任何差异。
但与S1（不加盐）相比，S3植物的净光合作用(Pn)下降了85%，气孔导度(gs)下降了88% 。Na被0/100mM植物一侧吸收。
其中均匀分布在所有器官，并达到其他两组之间的浓度，作为所获得的生理结果的确认。与S1组相比，观察到S2和S3系统的木本插条、茎和叶中Mn浓度增加，S3植物的叶子中钾浓度有所增加。
光合作用对植物生长的影响
在“Marte”杨树中，Na的增加仅导致光合性能的降低，而叶水平上一些关键矿物元素的增加表明试图克服胁迫。
土壤盐碱化是一个全球性问题，对植物生长和健康产生巨大影响，根据最近的估计，总土地面积的大约1Bha是盐渍土或钠土。
该表面代表7%的土地面积和33%的灌溉土地，其他地区贡献了30-50Mha受盐碱化影响的土地。
此外植物必须应对盐度，其特征通常是首先经历快速的“渗透阶段”，然后是较慢的“离子阶段”，其中盐的积累会产生毒性作用。
在盐胁迫下，耐受物种通过复杂的适应策略在形态、生理和分子水平上发生变化，从而减少（或避免）离子营养失衡、代谢紊乱和氧化应激。
在盐化土壤中，矿质养分的生物利用度发生了改变，植物作为固着生物，试图通过增加根系增殖来探索新的领域来应对这种情况。
由于离子在生长和生化反应机制信号激活中的作用，对盐度下生长的植物内部矿质养分易位，和不平衡的研究，是描述植物对盐的反应的一个非常重要的方面。
据推测，盐过量会破坏植物与土壤之间的离子分布平衡，导致养分失衡和细胞代谢紊乱，盐度会抑制必需的大量元素（如氮、钾、钙、镁）以及微量元素（如铁、铜、锌、锰和硼）的吸收。
在盐胁迫期间，植物通过调整离子运输并实现新的离子稳态来应对营养失衡，通常盐度胁迫会导致植物细胞中钾的流失，还有细胞质中钙的增加。
除了上述情况外，我们还观察到其他矿物质营养素（例如锰）的吸收减少，并且在某些情况下出现镁缺乏。
在植物中，光合作用系统通常会受到盐分的损害，杨树的净光合速率也会降低。
而胡杨的CO 2同化和气孔导度分别降低了48.3%和48.5%，在我们的处理下，它与叶绿素荧光显着降低相关，表明光合系统却受到损害。
为此我们认为，研究植物对环境因素反应的一种有趣方法是分根系统（SRS）它包括将单个根系统的两个独立部分暴露在不均匀的情况下。
SRS的主要优点是将对比生长的条件，应用于具有共同地上部分的根，模拟水平和垂直土壤异质性。
因此我们可以测试长距离根冠信号，确定调节土壤污染引起的不平衡的补偿效应，并区分根信号传导引起的地上部分的局部调节机制。
这种方法已用于不同的植物物种和限制条件，以评估部分胁迫暴露的影响，例如分根系统已被用于研究黄瓜和番茄缺铁反应的调节，以及滨藜的盐度反应。
分根系统所带来的激素反应
在杨树中，利用分根系统来研究缺水条件下植物的激素反应，并研究与柳树相比的锌反应。
杨树在世界许多地区发挥着重要的经济和环境作用，它们被认为是木本植物的模型，前几年已在形态、生理和分子水平上研究了它们对盐度的响应。
杨树的不同物种和无性系对过量盐表现出不同程度的敏感性或耐受性，不同地理来源之间存在种类变异，例如胡杨被认为是最耐受的杨树品种，而白杨已表现出中等程度的耐盐性。
一些相对耐盐的无性系已显示出在钠排除能力方面优于黑杨，更有效地将元素限制在根中并在叶子中保持较高的钾/钠比。
然而这种排除并不能免除快速易位到地上部分的情况，其后果是气孔快速关闭和蒸腾作用低。
即使没有具体的“盐胁迫”研究，白杨无性系“Marte”适合在盐分土壤中生长，并且在对比水分亏缺方面表现出比其他无性系更大的可塑性。
考虑到杨树对异质盐度响应的研究非常有限，我们使用分根系统对白杨克隆“Marte”对盐过量的响应进行了实验。
我们想要回答的主要问题是： “Marte”克隆的形态和生理参数如何改变，特别是当植物暴露于异质盐供应时，与两个处理过的半根相比。
在无钠条件下生长的半根是否会加速用盐浇灌的另一半根对钠的吸收，Na本身是否从提供盐的半根转移到相对的未处理的半根。
而其他元素（如钙、钾、镁、锰、锌、铁和铜）是否会改变其在植物体内的分布，以抵消钠引起的矿质营养失衡，这还需要我们继续进行研究。
植物生长、实验设计和处理
白杨的植物克隆“Marte”在意大利比萨作物科学研究中心的户外3.6L盆中生长，盆中含有泥炭、沙子和珍珠岩。
生长两年的杨树木质插条由萨维利亚诺的AlasiaFrancoVivai提供，每个木本插条都在苗圃中的珍珠岩中生根，并选择大小均匀、生根均匀的插条进行实验。
每株植物的根部均分为两个均匀部分，并分为两个隔室（分根系统），每两天用蒸馏水对植物进行田间浇水，并在生长期开始时提供10克通用颗粒肥料。
该肥料是含有2%镁的NPK16-10-18，植物(n=12)生长1个月后高度达到52.5±13.7厘米（所有芽的平均高度）。
此外，他们被分为三个同质治疗组（每组n=4），并按照完全随机设计进行排列。
一组植物（系统1，S1）在系统两侧用蒸馏水（0/0mMNaCl）浇水，第二组（系统2，S2）在一侧用蒸馏水和含有100mMNaCl的水浇灌另一侧（0/100mMNaCl），第三组（系统3，S3）在系统两侧都有100mMNaCl（100/100mMNaCl）。
连续进行26天的观察，每2-3天给植物浇水一次，实验结束时，每个盆接受6.25L的溶液（含盐或不含盐），相当于含盐溶液中36.5gNaCl的量。
形态和生理测量
对于每株植物，在实验开始和结束时测量芽高和茎直径，每个枝条的高度是从顶端到主木本插条上茎的插入处测量的，用数字卡尺在插入物上方2cm处测量茎直径。
在实验开始和结束时对每个芽的叶子数量进行计数，实验过程中长出的新叶子是实验开始时的叶子数量与实验结束时的叶子数量之间的差异。
根据实验结束时沿枝条是否存在疤痕来评估落叶数量，使用SPAD计监测每株植物连续五个完全展开的叶子的两个芽上的叶子相对叶绿素含量。
对于荧光和气体交换测量，选择每株植物的每个芽的中值完全展开的叶子。
使用便携式脉冲调制叶绿素荧光计测量叶绿素a荧光，以评估光系统II效率（PSII），其中我们对暴露于饱和光脉冲的暗适应叶子（1小时）进行测量。
PSII效率确定为Fv/Fm比。Fv代表在暗适应状态下测量的最大荧光（Fm）和最小荧光产量（F0）之间的差值。
使用配备叶室的便携式光合作用系统，在上午10:00至12:00之间测量处理开始和结束时的瞬时气体交换和净光合作用。
光合速率（Pn，μmolCO 2 m −2 s −1）、气孔导度（g s，mmolm −2 s −1）和蒸腾作用（E，mmolH 2 Om −2 s −1）在以下条件下测量： 100mlmin −1流速、环境温度、410±10ppmCO 2和光合通量密度1000µmolm−2 s −1。
在实验开始和结束时，从每个罐中收集底物样品（10克）以评估矿物质含量，根据研究方案在收获时对根、木质插条、叶子和茎进行取样。
再通过将每个芽（顶端部分和基部部分）分成两半来收集叶和茎，并干燥以进行矿物质含量分析或相对水分含量（RWC）测定。
从基部和顶端部分切下茎部分(1cm)以确定鲜重(FW)，将其在真空下浸入水中过夜，称重以确定膨压重量(TW)，并在105℃下干燥48小时以确定干重(DW)。
当收集顶叶和基部叶时，需要浸入水中过夜，称重以确定TW，并在105°C下干燥48小时以确定DW。
在这项研究中，使用分根系统评估了白杨克隆“Marte”的盐度响应，利用这种方法来模拟土壤的异质条件并通过实验评估克隆“Marte”的耐盐性，评估部分胁迫暴露的影响。
在26天的处理过程中，我们测量了一些形态和生理参数，最后我们分析了植物器官和基质中的矿物质含量。
在整个实验中，植物在平均温度(T avg )24.6°C、平均最低温度(T min )和最高温度(T max )分别为19.0和30.0°C下生长。
平均相对湿度（RH avg）为76.4%，平均最小值（RH min）和最大值（RH max）分别为48.4%和98.7%。
试验结束时，三个杨树组之间在芽伸长、茎直径增加和新叶数量方面没有观察到差异。
最终S3植物表现出但与S1和S2组相比，在芽高和直径或新叶落叶数量方面没有观察到相关变化，因此该系统对响应机制并不会有过多失衡效应。